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2019 年度 実施状況報告書

AIによる臨床画像診断を目指すための複合ディープラーニングネットワークの開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K10385
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

立花 泰彦  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主任研究員(定常) (20749973)

研究分担者 相田 典子  地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立こども医療センター(臨床研究所), 臨床研究所, 部長 (20586292)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード深層学習 / 機械学習 / 分類問題 / 画像変換問題 / データバイアス / アノテーション / 可視化
研究実績の概要

研究計画に従い、提案技術の開発に取り組んだ。また、得られた知見を利用し、関連研究を推進した。得られた成果は複数の原著論文, 国内外学会, 招待講演などで発表している.
1.関連研究として、脳のSynthetic Relaxometry Imagingによりミエリン濃度指標を推定するためのニューラルネットワークを開発し, 国際学会での発表. また, 原著論文として出版した (Magnetic resonance in Medical Science 誌)
2.関連研究として, ディープラーニングによる分類問題におけるデータバイアスを解決するための技術開発を行った. 教師データ(例: 画像とそれに対する診断結果のセットが多数用意されている者) を複数の医師により作成する場合, 医師ごとの判断基準が完全に一致しないことによるバイアスが存在し, 学習上のノイズとなる. このようなバイアスが存在することを前提としてネットワークを構築することにより, 学習精度が改善することをシミュレーションおよび実データへの実装で示した. この成果は国際学会(ISMRM)で高評価を受けた(上位10%). また, 原著論文投稿中である.
3.当初の研究計画である, 小児データベースを用いた研究はひきつづきデータベースの作成をおこなっているが, データ数やクオリティなどの問題により, 当初よりも多くのデータの必要性が見込まれている. 2.の技術を用いた解決も試みるが, この問題に対応するため, 研究期限を延長した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究計画には修正が必要となっているが, それを契機として関連研究が推進され, 外部への発表やそれによる高評価を受けることができているため.

今後の研究の推進方策

上記のように、作成してきたデータベースのデータ数、クオリティの問題により、当初計画していた開発に遅れが生じており、研究期間を1年延長した。しかし、この問題点はデータベースのデータ数を増やすことである程度解決可能と思われるため、引き続きデータベースの構築を行い延長期間内での開発に努める。 一方でこの問題からは、従来の開発計画において、臨床データにおける多様性や不均一さがどのような問題を起こすか、という新たな問いや知見が生まれ、分野における普遍的な問題解決を目指した派生研究の成果につながった(現在までの進捗状況 2.を参照)。こうした独自技術もまたデータベースの追加構築と合わせて活用し、当初の予定の研究開発を推進する。また、上記の派生研究も、 関連分野において重要なトピックになりつつあるため, 引き続き開発を推進する.

次年度使用額が生じた理由

本課題は機械学習に関するものであるため、計算能力の高いGPUサーバーや、多量のデータを保存したりGPUサーバーに送るファイルサーバー、CPUを用いた計算を高速に行うためのCPUサーバーなど多数の高性能コンピューターを必要とする。これまではこのような計算機環境をはじめとして研究環境の一部を他課題と共用することにより使用予算を削減することができた。しかし、研究機関の延長もあいまって計算機システムの世代交代により旧式化が進んでいるため、これをBrush upして研究環境を維持し、開発を進める。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] The Utility of a Convolutional Neural Network for Generating a Myelin Volume Index Map from Rapid Simultaneous Relaxometry Imaging.2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeffrey Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Kazumasa Yokoyama, Nobutaka Hattori, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 19 ページ: 324-332

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2019-0075

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A neural network model that learns differences in diagnosis strategies among radiologists has an improved area under the curve for aneurysm status classification in magnetic resonance angiography image series2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana, Masataka Nishimori, Naoyuki Kitamura, Kensuke Umehara, Junko Ota, Takayuki Obata, Tatsuya Higashi
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: epub ページ: epub

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Utility of Applying Various Image Preprocessing Strategies to reduce the ambiguity in Deep Learning-Based Clinical Image Diagnosis2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana, Takayuki Obata, Jeffrey Kershaw, Hironao Sakaki, Takuya Urushihata, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Tatsuya Higashi
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 19 ページ: 92-98

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2019-0021

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improving the Quality of Synthetic FLAIR Images with Deep Learning Using a Conditional Generative Adversarial Network for Pixel-by-Pixel Image Translation.2019

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara, A, Otsuka, Y, Hori, M, 遶玖干 豕ー蠖ヲ, Yokoyama, K, Fujita, S, Andica, C, Kamagata, K, Irie, R, Koshino, S, Maekawa, T, Chougar, L, Wada, A, Takemura, M.Y, Hattori, N, Aoki, S
    • 雑誌名

      American Journal of Neuroradiology

      巻: 40 ページ: 224-230

    • DOI

      10.3174/ajnr.A5927

    • 査読あり
  • [学会発表] The neural network model that can consider the inhomogeneity of the judgements between different annotators: implementation for MRA diagnosis2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana, Masataka Nishimori, Naoyuki Kitamura, Kensuke Umehara, Junko Ota, Takayuki Obata, and Tatsuya Higashi
    • 学会等名
      ISMRM 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiological application of Deep learning: what the radiologists need to know ?2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana
    • 学会等名
      Neuroimaging summit 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How to design an imaging research using deep learning? A beginner's guide2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana
    • 学会等名
      NeuroImaging Summit 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep learning in diagnostic imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana
    • 学会等名
      MRI アライアンス 第4回国際シンポジウム
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 医用画像へのディープラーニング応用2019

    • 著者名/発表者名
      立花 泰彦
    • 学会等名
      第30回CCSEワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] A convolutional neural network-based approach for generating PET/CT image series in shorter scan time: A feasibility study2019

    • 著者名/発表者名
      Ritu Bhusal Chhatkuli, Yasuhiko Tachibana, Takayuki Obata, Yuto Kamitaka, Ryuichi Nishii, Tatsuya Higashi
    • 学会等名
      第117回日本医学物理学会学術大会
    • 国際学会
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた課題時fMRIの高精度化に向けた初期的検討2019

    • 著者名/発表者名
      大田 淳子, 立花 泰彦, 平野 好幸, 梅原 健輔, 影山 肇, 生駒 洋子, 大場 久照, 小畠 隆行
    • 学会等名
      第47回日本放射線技術学会秋季学術大会
  • [学会発表] The utility of a convolutional neural network for generating a myelin volume index map from rapid simultaneous relaxometry imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeffrey Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
    • 学会等名
      ISMRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Improving the Quality of Synthetic FLAIR Images with Deep Learning Using a Conditional Generative Adversarial Network for Pixel-by-Pixel Image Translation2019

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Hagiwara, Yasuhiko Tachibana, Shigeki Aoki
    • 学会等名
      ISMRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial distribution of multiple sclerosis lesions along the brain and spinal motor tracts and correlation with functional deficits2019

    • 著者名/発表者名
      Anne Kerbrat, Yasuhiko Tachibana, Julien Cohen-Adad
    • 学会等名
      ISMRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] T2*WIを代替訓練データとして安静時fMRIを深層学習により高解像度化する手法の初期検討2019

    • 著者名/発表者名
      影山 肇, 立花 泰彦, 大田 淳子, 梅原 健輔, 平野 好幸, 小畠 隆行, 近藤 啓介, 志村 一男
    • 学会等名
      第47回日本磁気共鳴医学会大会

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公開日: 2021-01-27  

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